专利名称：一种用于液态天然气公交车的冷能利用装置的制作方法
技术领域：
本发明属于冷能利用技术领域，具体涉及一种用于液态天然气公交车的冷能利用
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背景技术：
公交车作为常用的交通工具，其主要的驱动能源为汽油。但随着能源危机和环境污染的日趋严重，近些年来，主要汽车生产国都在纷纷调整汽车发展战略，大力发展节能汽车与新能源汽车，增程式电动汽车建立在现有的电动车技术基础上，在总体结构上增加一个增程器，将增程器与电动车电控系统有机组合，以每天运行10个小时来计算， 平均需求功率为20 30kW，按每天160km里程计算，该车在夜间外接充电的情况下，每天只需耗油35L，相对于传统车百公里油耗38L(每天耗油608L)，其节油率可达40%以上。 混合动力公交车作为采用新型的动力系统，其系统的主要功能是通过监测汽车动力状态、 控制动力的流动、优化动力利用率，从而提高汽车的动力性、经济性和安全性。对串联式混合动力公交车的控制策略改进后，油耗可降低27%。天然气在我国的储量较为丰富，采用天然气作为公交车的燃料不仅起到节能减排的作用，同时能够提高能源利用效率。国内天然气汽车主要包括压缩天然气(CNG)汽车、液化天然气(LNG)汽车两类，液化天然气较压缩天然气有更高的能源密度，随着LNG接收站不断增加，LNG公交车规模也将不断扩大。以北京公交集团公司客一分公司的14 m LNG铰接公交车为例，该车用美国康明斯公司B5. 9-195G天然气单燃料发动机，安装低温燃料储罐一只，储罐容积335 L,空重200 kg, 一次充装LNG燃料135 kg (190 m3 NG),行驶里程可以达450 km,而车辆的调度里程每天最大300 km,每天充装一次燃料就能保证公交车一天的用量。液态天然气公交车在国内尚处于起步阶段，主要受到LNG供应和公交车动力系统的限制。LNG从储罐中出来直接进入汽化器气化，并没有对这一部分冷能有效利用，同时也加大了对汽化器的要求；车用储罐真空度无法长期保证，一旦真空度降低导致储罐安全附件损坏加快，阀件仓接头密封变差，车辆燃料单耗会大幅度增大，经济性和安全性都得不到保证。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，同时在提供燃气的同时充分利用液化天然气的冷能， 本发明提供了一种用于液态天然气公交车的冷能利用装置，该装置可根据LNG储罐中液态天然气的压力和温度，以及调压阀的作用来设计换热器的换热面积、所需铜管长度和冷气
供应量。本发明采用的技术方案如下所述一种用于液态天然气公交车的冷能利用装置， 包括LNG储罐、管片式换热器、循环水箱；所述管片式换热器设有冷气风道，储存于LNG储罐中的液化天然气，通过调压阀进入到管片式换热器，与冷气风道中的空气换热后从管片式换热器出来后分为两路，一路经调压阀流回LNG储罐；另一路进入循环水箱，与水换热后气化，输送至发动机。将低温冷空气经风道输送至原有的空调系统风道连接处，为公车提供冷气。所述冷气风道的出口设有温度检测器，管片式换热器装有吸入式风扇，风扇与温度检测器相连，将冷气风道中的冷空气输送至空调系统风道连接处，为公交车供冷。风扇的外端装有过滤滤网，过滤空气中的粉尘，防止粉尘堵塞风道或将粉尘带入公交车内。所述循环水箱设有温度检测器。所述管片式换热器包括折叠排列的换热铜管，为了确保LNG公交车在运行过程中的行车安全，铜管外安装一个铜套管，套、管环形间隙充入保护气，所述保护气体为氩气、氮气和二氧化碳中的一种或一种以上的混合气体。铜套管安装换热翅片，铜管与铜管套间还设置天然气探针，用于检查燃气泄漏情况。所述铜管总长为23±O. 5m，铜管外径为9. 5±0· 5臟，铜管套直径为15±O. 5mm。本发明相对现有技术，具有如下有点和有益效果
(I)将新能源作为公交车的能源，有效降低了废气的排放量，同时对LNG的冷能得到充分的利用。(2)选用铜管管片式换热器，技术成熟，设备均可国产化，自控程度高，具有良好的工业推广应用前景。(3)本装置的循环水箱与原有的车载循环水加热燃料系统串联连接，将本装置排出的天然气再次经车载循环水加热燃料系统加热，以保证气化后满足的天然气进入发动机的温度。(4)本装置的换热器设有旁路，在冬季不需要空调时，LNG经原有的车载循环水加热燃料系统正常加热。
图I为管片式换热器的结构简图(a)为换热器整体，(b)为单根换热铜管。图2为用于液态天然气公交车的冷能利用装置结构图。图中示出1、LNG储罐；2、冷气风道；3、管片式换热器；4、过滤滤网；5、循环水箱；
6、吸入式电扇；7、温度检测器；8、发动机。
具体实施例方式以下结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但本发明的实施不限于此。如图I所示，一种用于液态天然气公交车的冷能利用装置，包括LNG储罐I、管片式换热器3、循环水箱5 ;所述管片式换热器3设有冷气风道2。冷气风道2的出口设有温度检测器7，循环水箱也设有温度检测器7。管片式换热器外安装一个吸入式风扇6，与温度检测器相连。风扇的外端装有过滤滤网4。按照换热器壳程中的液态天然气从_160°C升高至2°C的换热面积来设计换热器尺寸，管片式换热器3的铜管总长度为23m，外径为Φ9. 52mm。管片式换热器的长为O. 4m, 则铜管共需往返58次，取整后确定折叠60次。换热器铜管外安装一个外径为15mm的铜管套，铜管与铜管套的环形间隙冲入5atm的氮气，作为保护气(_160°C下，套管压力变为 I. 9atm)，铜管套外安装换热翅片，铜管与铜管套间设有天然气探针，以便检测燃气的泄漏情况。-162°C，I. 2MPa, 30kg的液态天然气LNG通过调压阀的作用进入管片式换热器3， 与冷气风道2中的空气换热后与从换热器中出来后分成两路一路5kg的LNG流回LNG储罐1，另一路25kg的NG进入循环水箱5与水换热，气化后进入发动机8作燃气。公交车每小时耗气约40m3，空调系统的最大用电量为15kW/h。若假设发动机燃气发电的效率为40%，则需要耗费燃气约5. O m3/h。LNG冷能回收系统理论可以回收6. 7kW的冷，可供满足要求的约1282m3/h，约占整个空调系统的20%，即每小时最大可节约燃气I. O m3/h。若系统的换热效率为60%，则每小时约可以节约燃气O. 6 m3/h，约节约整车耗气量的 I. 5% ;若以单台车每天运行12小时计，每天可节约7. 2m3，可节约运行成本32. 4元(每m3燃气4. 5元计)。
权利要求
1.一种用于液态天然气公交车的冷能利用装置，包括LNG储罐、管片式换热器、循环水箱；其特征在于所述管片式换热器设有冷气风道，储存于LNG储罐中的液化天然气，通过调压阀进入到管片式换热器，与冷气风道中的空气换热后从管片式换热器出来后分为两路， 一路经调压阀流回LNG储罐；另一路进入循环水箱，与水换热后气化，输送至发动机。
2.根据权利要求I所述的冷能利用装置，其特征在于所述冷气风道的出口设有温度检测器。
3.根据权利要求2所述的冷能利用装置，其特征在于所述管片式换热器外安装一个吸入式风扇，与温度检测器相连，将冷气风道中的冷空气输送至空调系统风道连接处，为公交车供冷。
4.根据权利要求3所述的冷能利用装置，其特征在于所述吸入式风扇的外端装有过滤滤网，用以过滤空气中的粉尘，防止粉尘堵塞风道或将粉尘带入公交车内。
5.根据权利要求4所述的冷能利用装置，其特征在于所述管片式换热器包括折叠排列的换热铜管。
6.根据权利要求5所述的冷能利用装置，其特征在于所述换热铜管外面安装有铜管套，铜管套外安装换热翅片，铜管与铜管套的间隙充入保护气体。
7.根据权利要求6所述的冷能利用装置，其特征在于所述保护气体为氩气、氮气和二氧化碳中的一种或一种以上的混合气体。
8.根据权利要求7所述的冷能利用装置，其特征在于所述铜管与铜管套间设有天然气探针，用以检测燃气泄漏情况。
9.根据权利要求8所述的冷能利用装置，其特征在于所述铜管总长为23±0.5m，铜管外径为9. 5±0· 5mm,铜管套直径为15 ± O. 5mm。
10.根据权利要求I所述的冷能利用装置，其特征在于所述循环水箱设有温度检测器。
全文摘要
本发明公开了一种用于液态天然气公交车的冷能利用装置。LNG通过调压阀进入到管片式换热器，换热器一端安装吸入式风扇，用低温的冷空气为公交车供冷。再用车载的循环水箱加热气化后，输送到发动机。此方法既回收了LNG气化过程中的冷能，大大降低能量的浪费；又降低了公交车空调系统的用气负荷。若以单台车每天运行12小时来算，每天可节约燃气7.2m3，合计成本32.4元。不仅符合节能减排的政策，而且有效的利用了LNG气化过程中的冷能。本方法技术成熟，设备均可国产化，自控程度高，具有良好的工业推广应用前景。
文档编号B60H1/32GK102582397SQ20121006495
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者刘涛, 徐文东, 滕文良, 赵键聪, 边海军, 陆涵 申请人:华南理工大学, 深圳市超洁燃气设备技术有限公司